強い力 | 勉強嫌いの放物

強い力・弱い力・電磁気力・重力って何？自然界の4つの力まとめ自然界で働く4つの力

たなまる — Sun, 22 Jun 2025 13:47:33 +0000

4つの力

自然界に存在する力を分類すると以下の4つになります。

強い力（色の力）
電磁気力
弱い力
重力

我々の生活する範囲では、「電磁気力」と「重力」しか感じることはありません。
「強い力」と「弱い力」は原子レベルのサイズ感で働いています。

また「強い力」「弱い力」という名称は、電磁気力に比べて強いか弱いかを示しています。
このことから、電磁気力が基準とされていることが分かりますね。

それぞれ軽～く見ていきましょう。
あくまで軽くです。なんとなく分かれば良いんです。

強い力

強い力はクォーク同士をくっつけて陽子や中性子を作ったり、陽子や中性子をくっつけて原子核を作ったりします。つまり、原子核の内部で働いている力です。

感の良い方はお気付きですね？
「強い力」こそが「核力」なのです。

強い力の大きさは、電磁気力を基準とすると、約100倍です。

核子が「中間子」を渡したり受け取ったりすることで、核子同士は結合しています。
その中間子を伝達するものが「グルーオン」と考えられています。

また、強い力は「強い相互作用」という表現が使われることもあります。
更に、クォーク同士に働く場合、「色の力」という別称で呼ばれることもあります。

「強い相互作用」や「色の力」という表現は国家試験ではあまり登場しません。
「強い力」＝「核力」と認識しておいてください。

電磁気力

電磁気力は電気の力と磁気の力の総称です。
電気の力は「クーロン力」とも言われます。
磁気の力は「磁気力」とも言います。

電気にも磁気にも正（＋）と負（－）があります。
磁気の場合はN極が正、S極を負としています。
同じ符号のときは反発し合い、異なる符号のときは引き合います。

たとえば・・・

電気の＋と電気の－は引き合います。
電気の－と電気の－は反発し合います。
磁気の＋と磁気の－は引き合います。

ここまでくると、「じゃ、電気の＋と磁気の＋は？」と疑問に感じた方もいるでしょう。

気になりますね。単純な引き合う・反発し合うという関係ではなくなります。
それはこちらを参照してください。

A07　ローレンツ力とは？磁場で荷電粒子が円運動する理由を図解で理解

こんにちは。たなまるです。磁場の中に入った荷電粒子が、なぜ直進せずに円を描くように動くのか。「ローレンツ力がはたらくから」と聞いても、いまいちピンとこない、イメージしづらい……そんな声をよく耳にします。この記事では、ローレンツ力の働き方と、...

電磁気力を媒介するものは我々のよく知る「光子」です。

弱い力

弱い力は素粒子の種類を変える力です。

ちょっとピンときませんよね。

弱い力は壊変に関係する力です。
特にβ壊変に密接に関係しています。

放物の教科書レベルでは不可思議な現象に思われるβ^＋壊変を例に説明してみましょう。

β^＋壊変に見る「弱い力」

※　ここの内容は放射線技師国家試験の出題範囲外です。
※　国家試験でここまでの知識は問われたことはありませんし、理解できなくても問題ありませんのでご安心下さい。

謎多きβ^＋壊変をおさらいしておきましょう。

PETでも利用される質量数11の炭素（¹¹C）で考えてみましょう。

この核種は陽子6個、中性子5個で構成されています。

β^＋壊変が起こると、1個の陽子が中性子に変化します。

そうなると、陽子5個、中性子6個のホウ素（¹¹B）になります。

このときに陽電子（e⁺）とニュートリノ（ν）が放出されます。

β^＋壊変の流れはこんな感じでしたね。
覚えてましたか？

さて、ではなぜβ^＋壊変に謎が多いのか・・・

それは教科書で見られる「1個の陽子が中性子に変化して」という部分が自然の摂理に反しているからです。

どういうこと？普通じゃないの？

と思う方が多いと思います。

それでは、深掘りしていきましょう。
それぞれの質量を思い出してみてください。

陽子の質量は電子の質量（9.1×10^-31kg）の1836倍で1.672×10^-27kgです。
中性子の質量は電子の質量の1839倍で1.675×10^-27kgとなります。

微々たる差ですが、陽子の方が質量が軽いのです。

そうなると、β^＋壊変は「軽いものが壊れているのにも関わらず、重いものができあがる」という、なんとも不可思議な現象であることが分かるかと思います。
自然の摂理に反していると思いませんか？

汚い話、便を出したにも関わらず、出す前より体重が増えている状況と同じです。
体重増加に歯止めのかからない管理人としては由々しき事態です。

では、なぜこんな現象が起こるのか？
そこで出てくるのが、「クォーク」と弱い力を媒介する「ウィークボソン（Wボソン）」です。

教科書では「陽子が中性子に変化」となっていますが、実際は陽子の中のクォークが変化しています。

図の方が分かりやすいかもしれませんね。

陽子の構成をクォークで表すと、
uudとなります。

u：アップクォーク
d：ダウンクォーク

uがdとW⁺（ウィークボソン）に変化します。この変化の際に作用するのが弱い力です。

その後、W⁺がe⁺とνに分かれて、放出されていきます。

すると、陽子内のクォークの構成がuddとなり、中性子に変わるのです。

でもでも、国家試験でここまでの知識は問われたことはありませんので、理解しきれなくても大丈夫です。

安心して下さい！出ませんよ。

※β^－壊変にしても同様のプロセスで生じますが、詳しくは壊変の項をご参照ください。

重力

重力は質量をもつすべての物質の間に働く引き合う力のことです。

「万有引力」なんて聞いたことありませんか？

媒介するものはヒッグス粒子ですが、放物ではそこまで出てきません。

まとめ

表にまとめるとこんな感じになります。

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外部リンク

公益社団法人日本天文学会さんの運営されている天文学辞典
4つの力について、優しく解説してくれています。

Wikipedia: 基本相互作用
さすがのwikiです。分かりやすい。

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A18 核力ってなに？荷電独立性までやさしく解説

たなまる — Sat, 15 Mar 2025 06:25:54 +0000

先生、陽子と中性子って電荷が違うのに、
どうして同じようにくっつけるんですか？

たまのすけ

そんなもん、オレとたまのすけみたいなもんやろ。
性格バラバラでも、何やかんや一緒におるやんけ！

牛助

電爺

ふぉっふぉ。
性格なんぞ違うほうがかえって惹かれ合うもんじゃて。
のぉ、たなまるんとこもカミさんとそうじゃろ？

たなまる

（うわっ！コッチ飛んできちゃったよ）
はいはい。
実は核力には“荷電独立性”っていう性質があってね。
今日はそこを解説していこう。

原子核の中では、陽子と中性子がぎゅっとまとまっています。
でも陽子は同じ正の電荷を持っているはず。普通ならクーロン力で反発しあってバラバラになりそうなのに、なぜ原子核は崩れないのでしょうか？

この記事では、原子核をまとめる「核力」の正体と、その特徴のひとつである「荷電独立性」についてわかりやすく解説します。

陽子同士、陽子と中性子、中性子同士 ― どんな組み合わせでも同じように働く核力。その性質を図や実際の試験問題を交えて整理していきます。

核力には「強い力」という特別な役割があり、電荷に関係なく核子を結びつける仕組みがあります。この性質を理解することで、原子核が安定する理由や試験で問われるポイントがスッキリと見えてきます。

さっそく解答例

　「初学　放射線物理学　ワークブック」検索番号　A18　の穴埋め解答例と解説です。
　先に自分で穴を埋めてみてからの答え合わせでも良いですし、解答例を写してから覚えていっても良いです。ご自分に合ったスタイルで取り組んでください。

核力とは？

4つの力の中の「強い力」

私たちの世界に働く力は、大きく4種類に分けられます。

重力
電磁気力（クーロン力など）
強い力（核力）
弱い力

このうち「核力」は、陽子や中性子などの核子どうしを結びつける特別な力です。

「4つの力」を覚えていますか？
忘れてしまった方はコチラで復習を。

強い力・弱い力・電磁気力・重力って何？自然界の4つの力まとめ自然界で働く4つの力

4つの力自然界に存在する力を分類すると以下の4つになります。強い力（色の力）電磁気力弱い力重力我々の生活する範囲では、「電磁気力」と「重力」しか感じることはありません。「強い力」と「弱い力」は原子レベルのサイズ感で働いています。また「強い力...

原子核の中の話ですから、関係するのは「陽子」と「中性子」ですね。
ときどき軌道電子が原子核の中にあると思い込んでいる方を見かけますが、軌道電子は原子核の周りを周回している電子ですから、原子核の中には存在しませんので、ご注意を。

核子（陽子・中性子）の組み合わせは3通り

核子は、電荷をもつ「陽子」と、電荷をもたない「中性子」の2種類があります。
それぞれの組み合わせは次の3通り：

陽子どうし
陽子と中性子
中性子どうし

そして驚くことに、どの組み合わせでも核力はほぼ同じ強さで働くのです。これが後で学ぶ「荷電独立性」につながっていきます。

陽子と中性子の組み合わせを見てみよう

核子には陽子と中性子があり、組み合わせは3通り考えられます。
ここでは、それぞれの場合に働く力を整理してみましょう。

陽子と陽子の組み合わせ

陽子同士の結合の場合、お互いに引き合う「核力」（図中の白矢印）のほかに離れあおうとする電磁気力の一種である「クーロン斥力」（図中の黒玉矢印）が働きます。

それでも原子核の中でバラバラにならないのは、核力がクーロン斥力を上回るほど強く働くからです。

陽子と中性子の組み合わせ

片方は電荷をもち、もう片方は電荷をもたない組み合わせです。
このときはクーロン力の影響はなく、純粋に核力だけが2つを結びつける役割を果たします。

つまり、陽子と中性子の結合の場合は「核力」のみが働きます。

中性子と中性子の組み合わせ

中性子は電荷をもたないため、クーロン力は働きません。
しかし核力はしっかり作用し、中性子どうしでも強く引き寄せ合うことができます。

つまり、中性子同士の結合の場合も「核力」のみが働きます。

荷電独立性とは？

どの組み合わせでも核力の強さは同じ

陽子どうし、陽子と中性子、中性子どうし――。
電荷の有無や組み合わせが違っても、核力の強さはほぼ同じです。

この「電荷に依存しない性質」を 荷電独立性（charge independence） と呼びます。
つまり核力は「陽子だから強い／中性子だから弱い」といった区別をせず、平等に働いているのです。

クーロン力とのちがいに注意

ここで混同しやすいのがクーロン力です。
クーロン力は電荷が同じなら反発し、異なれば引き合うというように、電荷に依存して変化する力です。

一方で核力は、電荷を気にせず核子を結びつける力。
この違いをしっかりと整理しておけば、試験問題でも迷わうことも少なくなります。

たなまる

クーロン力は電荷に依存するけど、核力は電荷に依存せずに独立しているんだよ。

核力の有効範囲

近づけば強く、離れれば急激に弱まる

核力は「強い力」と呼ばれますが、無限に働くわけではありません。
実際には ごく近い距離（およそ1フェムトメートル＝10⁻¹⁵m程度）で強く作用し、離れると急激に弱まる のが特徴です。

つまり、核子どうしが十分近づいたときだけ強い結びつきが生まれるのです。

有効範囲を超えると「ゼロ」になる

核力には有効範囲があります。
その特徴も少し変わっています。

クーロン力であれば、近ければ強く、離れれば弱くなります。
X線の線量も同様です。
距離の逆二乗則でしたね。

核力の場合は、大げさな図で示したように、近いとそんなに強く働きません。
遠いほうが強く働きます。

この時点でクーロン力などとは逆の性質を持っています。

さらに、核力には有効範囲が設定されています。

有効範囲を超えてしまうと、途端に「0」になってしまいます。

つまり、「核力は有効範囲内では離れるほど強くなり、有効範囲を超えるとゼロになる。」という特徴があります。

このように核力が核子をまとめると、その結合のエネルギーが質量の減少として現れます。これを質量欠損と呼び、核力の存在を裏づける大切な現象です。（詳しくはA15の記事で解説します）

A15　原子核の質量が軽くなる？質量欠損とエネルギー

「複数の粒子がくっつくと、なぜか質量が減っている」教科書でそんな記述を読んで、モヤッとした経験はありませんか？「え？合体したのに質量が減るって、どういうこと？」と思った方も多いはずです。この記事では、「なぜ原子核が結合すると軽くなるのか？...

実際の問題を見ていきましょう。

ちょっと古い問題ですが、いかがでしょうか？

解答を確認する。

強い力 | 勉強嫌いの放物

強い力・弱い力・電磁気力・重力って何？自然界の4つの力まとめ自然界で働く4つの力

4つの力

強い力

電磁気力

弱い力

β＋壊変に見る「弱い力」

重力

まとめ

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外部リンク

A18 核力ってなに？荷電独立性までやさしく解説

さっそく解答例

核力とは？

4つの力の中の「強い力」

核子（陽子・中性子）の組み合わせは3通り

陽子と中性子の組み合わせを見てみよう

陽子と陽子の組み合わせ

陽子と中性子の組み合わせ

中性子と中性子の組み合わせ

荷電独立性とは？

どの組み合わせでも核力の強さは同じ

クーロン力とのちがいに注意

核力の有効範囲

近づけば強く、離れれば急激に弱まる

有効範囲を超えると「ゼロ」になる

実際の問題を見ていきましょう。

β^＋壊変に見る「弱い力」